陳衛(wèi)欣譯；姚芳校

　　校者按：本文為作者通過(guò)52篇論文及本人經(jīng)驗(yàn)寫成。文中提出了飲用水使用生物活性炭的意義，其與臭氧組合使用的效果，以及具體實(shí)踐情況，指出雖采用生物活性炭費(fèi)用稍下，但處理效果好、水質(zhì)高、經(jīng)濟(jì)意義更大。尤其與臭氧組合使用更有特殊作用。在當(dāng)前飲用水水質(zhì)要求越來(lái)越高的情況下，生物活性炭的使用，已經(jīng)受到了給水界矚目。

　　1、序言：
　　“生物活性炭”設(shè)計(jì)方針定義為：利用活性炭的吸附以及活性炭層內(nèi)微生物有機(jī)分解作用，延長(zhǎng)活性炭吸附能力的方式。也就是說(shuō)，它不僅有著活性炭的吸附力，也有著以粒狀活性炭為載體，在其上生長(zhǎng)的微生物的作用。這種處理方法即稱為生物活性炭處理。
　　在歐洲，特別是以德國(guó)為中心，過(guò)去就利用這種技術(shù)。自從飲用水中出現(xiàn)了三鹵甲烷的問(wèn)題以后，在各國(guó)都很快地對(duì)此技術(shù)引起了注意，并取Biological Activated Carbon的字頭，縮寫為BAC。
　　特別是1978年美國(guó)環(huán)保局發(fā)表了暫定第1種飲用水規(guī)劃修定案，規(guī)定了三鹵甲烷（THM總）的最大容許濃度為100ug/l，并規(guī)定必須安裝顆粒活性炭處理裝置，因此BAC方法越來(lái)越受到公眾的觀注?？墒菍?duì)于這種規(guī)定，反對(duì)意見很多，結(jié)果它被擱置起來(lái)。以此為契機(jī)又把引入生物活性炭處理，作為人們積極討論的話題。
　　在日本，為了降低三鹵甲烷和對(duì)付異臭味，或者為了接受1984年在生活環(huán)境審議會(huì)上所定的“迎接高普及時(shí)代，自來(lái)水行政今后的方針”等，作為新的自來(lái)水的課題，以解決水質(zhì)問(wèn)題，準(zhǔn)備了引入高度凈水處理的資金，并提出了對(duì)策。
　　高度凈水處理是指活性炭處理、臭氧處理和生物處理而言。特別指臭氧和活性炭處理的組合，利用充分發(fā)揮生物活性炭最大限度效果作用的設(shè)施，以極大有效地改善水質(zhì)。

　　2、生物活性炭吸咐作用的工序相比，當(dāng)前考慮由于活性炭表面的生物膜內(nèi)產(chǎn)生的有機(jī)的分解，以及活性炭?jī)?nèi)部細(xì)孔內(nèi)進(jìn)行的吸附，或者伴隨生物再生吸附的相互作用的結(jié)果，延長(zhǎng)至其再生之前的生物活性炭作用時(shí)間是有可能的。
　　但是，也有研究人員對(duì)這種想法提出疑問(wèn)。Benedek在法國(guó)的莫桑進(jìn)行小型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，否定生物再生的論斷。Peel Ben-edek,Mellevialle否定了生物活化的說(shuō)法，得出了生物活性炭比吸附壽命長(zhǎng)的原因，是各種物質(zhì)在吸附速度上存在差異的結(jié)論。但是，Speitel Jr. Lu通過(guò)室內(nèi)的柱狀實(shí)驗(yàn)，研究了生物再生，而得出了如下結(jié)論：原水中加入和生物易分解性對(duì)硝基苯酚，加上相反的生物難分解性三氯乙烯，對(duì)硝基苯酚一開始分解，三氯乙烯吸附作用也開始發(fā)生，所以，生物再生是存在的。
　　新鮮活性炭開始使用不久活性炭產(chǎn)生穿透，在活性炭上的生物發(fā)揮活性，變成生物活性炭的時(shí)期，根據(jù)水溫，微生物利用的原水中所含基質(zhì)的種類、流入水中細(xì)菌濃度和種類，以及逆洗的方法和和頻率的不同而異。Vander kooij根據(jù)的研究為20～30天即可完全成。Speitel Turakhia惠斯通湖的原水，在實(shí)驗(yàn)基地研究了生物活性炭公的時(shí)期，探討了生物的再生有無(wú)恢復(fù)吸附能力的結(jié)果，報(bào)告了苯酚的生物分解從第30天開始，吸附的苯酚有約50%受到生物分解作用，對(duì)于在生物活性炭上生長(zhǎng)的生物，有很多研究成果，多數(shù)研究者都提出優(yōu)勢(shì)種是假單胞菌屬。另外觀察報(bào)告中還有黃桿菌屬、芽孢菌屬、節(jié)桿菌屬、氣單胞菌屬、不動(dòng)桿菌屬等。特別是Beek Bonde一致認(rèn)同假單胞菌屬，認(rèn)為假單胞菌屬產(chǎn)堿菌屬是優(yōu)越種。Rollinger Dott在室內(nèi)也進(jìn)行了在滅菌活性炭上種植菌株的實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)了肺炎克雷伯氏菌和鏈環(huán)菌屬糞便類在活性炭上不能生存。而埃氏大腸菌、假單胞aerug-inosa，假單胞putide能附著繁殖。Cummins和Nash在賓夕法尼亞洲的Beaver Fall市做實(shí)驗(yàn)，報(bào)告了流水中并不存在的大腸菌群經(jīng)過(guò)粒狀活性炭濾池流出的水中檢驗(yàn)出730個(gè)/100ml。但是，實(shí)際上沒(méi)有報(bào)告表明，在粒狀活性炭濾池中活性炭上附著生長(zhǎng)有害的微生物或者流出水中有病原生原泄漏的現(xiàn)象。
　　Den Blanken對(duì)活性炭上的生物進(jìn)生觀察，發(fā)現(xiàn)活性炭表面有多糖類、細(xì)菌類的生殖，在表面上形成聚集。但是明確了生物不形成膜狀。并且，生物附著以后，過(guò)濾繼續(xù)進(jìn)行，經(jīng)過(guò)一年到一年半，活性炭的細(xì)孔內(nèi)充滿了多糖類和細(xì)菌。
　　Hansen證實(shí)了活性炭顆粒從濾池流出這一事實(shí)。在密執(zhí)安州Mt.Clemens市凈水廠，從操作者那里調(diào)查自來(lái)水中有黑色顆粒的結(jié)果上，得知絮凝形成不好，粉未活性炭就可能從濾池中漏掉。因?yàn)榉畚刺课⒘２环垂?，濁度很難檢查出來(lái)。Camper Le Chev-allier等收集了9處凈水廠的201個(gè)水樣，用紗布過(guò)濾檢查結(jié)果，證實(shí)了確有41。4%的水樣有活性炭細(xì)片流出，其中存在一般細(xì)菌。
　　從生物活性炭流掉的生物，與過(guò)濾速度的變化和濁度的增加有影響，一般來(lái)說(shuō)范圍為50～1000個(gè)/ml.
　　從生物活性炭流掉的生物，多與活性灰的細(xì)片一起流出情況，考慮會(huì)影響以后的消毒效果。和等用儀器測(cè)定了從生物活性炭濾柱中流出和活性炭細(xì)片，對(duì)其消毒效果做了報(bào)告。根據(jù)此報(bào)告，證實(shí)了在模型試驗(yàn)中平均有36個(gè)/l（10～62個(gè)）活性炭顆粒（平均粒徑6um）從濾柱中流出，并證實(shí)其中存在細(xì)菌。而且，用氯胺和游離氯進(jìn)行消毒，接觸了40分鐘細(xì)菌只減少了0.5log。
　　如上所述，有已成為生物活性炭的顆?；钚蕴恳呀?jīng)確認(rèn)從濾池流出，是帶有大腸桿菌的報(bào)告。因?yàn)槠渲泻屑S便性物質(zhì)，所以，在使用生物活性炭時(shí)，消毒成為重要的討論課題。Camper把幾種水做為媒介，將病原體附著于未使用過(guò)的活性炭上，病原體能夠較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)附著在活性炭上。重新將自來(lái)水原水那樣含細(xì)菌的水過(guò)濾，進(jìn)行同樣的試驗(yàn)，病原體幾乎沒(méi)有被附著帶出，所以一般為必考慮病原菌的繁殖和流出。
　　如果說(shuō)生物活性炭作為載體，在其上生長(zhǎng)的微生物可以發(fā)揮它的功能，活性炭以外的媒體，例如砂和無(wú)煙煤，促使微生物在其上繁殖，認(rèn)可能看到差別。Camper Broadway用活性炭、砂和無(wú)煙煤做室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定流出水中的一般細(xì)菌數(shù)。活性炭與其他的載體相比，在其上附著的生物數(shù)要多。黑澤和真柄等人在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中用活性炭和砂作比較，不論是懸濁物質(zhì)的去除，還是氨的硝化，活性炭都要優(yōu)越。
　　其理由是：Ying Webrt認(rèn)為活性炭之所以比其他載體要好，是因?yàn)榛钚蕴勘砻娴奈姥踺^多，生物膜內(nèi)有足夠的基質(zhì)，在生物再生上保持持續(xù)的吸咐力。

　　3、生物活性炭與臭氧組合效果
　　生物活性炭多與臭氧組合使用，通過(guò)臭氧處理，原水中的生物難分解性有機(jī)物變成易分解的物質(zhì)，改善后期的生物活性炭的去除能力，使臭氧處理和生物活性處理繼續(xù)成為高度凈水處理的主流。以往交凈水的前處理多采用前氯劑處理，由于增加大量的THM，所以逐漸有失推行在水處理程序中間進(jìn)行氯劑處理、廢止前氯劑處理的傾向，現(xiàn)在考慮引入臭氧處理代替，也是這個(gè)理由。
　　Heiker等將魯爾河水做為原水在西德的米爾海姆的凈水廠實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行研究結(jié)果為，前氯劑處理會(huì)降低濾池中生物活性炭的生物活性，取而代之使用臭氯處理，不僅增加活性炭的吸咐量，還延長(zhǎng)活炭的壽命。Neukrug等在費(fèi)城的托里斯?fàn)杻羲畯S，引用特拉華河作為原水進(jìn)行小型實(shí)驗(yàn)，使用前氯劑、凝聚、過(guò)濾處理并和未經(jīng)處理的兩種原水，進(jìn)行臭氧處理，生物活性炭比較，未經(jīng)前氨劑處理的更有效果。既然我們期待著生物活性炭處理中活性炭上微生物的作用，那么具有消毒力和氯劑浸入活性炭過(guò)濾層不很理想，也上當(dāng)然的結(jié)果。
　　關(guān)于臭氧的處理效果有很多報(bào)告，即有說(shuō)期待著好的處理效果的，又有說(shuō)引入臭氧處理效果不變的等等，得至少?zèng)]有報(bào)告說(shuō)明臭氧處理成為障礙的?，F(xiàn)在利用生物活性炭結(jié)合臭氧處理組合使用已成為主流。
　　Glaze Wallace在路易安娜州進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)，以克羅斯湖水做為原水，關(guān)于臭氧處理的效果為：經(jīng)過(guò)25周～44周生物活性炭處理的水穩(wěn)定，三氯甲烷母體(THMFP)和總有機(jī)炭(TOC)去除50%，有無(wú)臭氧處理都于實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)關(guān)。Neukrug等在上述的費(fèi)城的實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為不會(huì)因?yàn)槌粞醯奶幚矶貏e改善揮發(fā)性有機(jī)氯化合物與臭氣的去除。丹保堤等人得到如下結(jié)論：臭氧處理可以提高生物分解能力，但卻降低整體的吸咐能力。中道和皆川等人引用相模川的水作為原水試驗(yàn)，認(rèn)為臭氧處理并沒(méi)有什么效果。
　　但是，認(rèn)為臭氧處理有效果的還是占多數(shù)。Dewaters D-iano將含有天然有機(jī)物的原水中在每的投入的臭氧，在每mg的TOC投入1mg的臭氧，提高原水中有機(jī)物質(zhì)有生物分解能力，在短短的空塔接觸時(shí)間內(nèi)（3.9）去除了TOC（原水濃度為7mg/l）43%。Stephen等在天巴市用下水處理水做實(shí)驗(yàn)，僅用生物活性炭，TOC的去除率為55～61%，如果結(jié)合臭氧處理，則提高到72～82%。Wang等在哈爾濱以松花江水作原水進(jìn)行小型實(shí)驗(yàn)，用臭氧與活性炭可去除COD70～80%，，用氣體色譜法確定，只有活性炭的話只能去除原水中存在的9種峰值里的3種，如果配合臭氧處理，能去除4種。Svervais等在濾柱實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為低水溫也可去除TOC。
　　Rook等將萊茵河與繆期水河做為原水，調(diào)查了4個(gè)凈水廠的有機(jī)物質(zhì)去除情況，認(rèn)為臭氧活性炭組合是有效的。但是，要充分去除，就要充分延長(zhǎng)活性炭組合處理是有效的。但是，要充分去除TOC，就要充分延長(zhǎng)活性炭的空塔接觸時(shí)間，如果可能的話以采取多段接觸處理最好。Speitel Turakhia用惠期通湖的湖水作原水做小型實(shí)驗(yàn)得出，如果沒(méi)有臭氧處理，TOC只能去除20%，組合臭氧處理，去除率則增加到31%，提高生物活性，Beck也有同樣報(bào)告。Maloney等做的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了通過(guò)臭氧處理可以提高生物分解能力，組合臭氧處理可以改善生物活性炭的有機(jī)物質(zhì)去除率。但是，正如還需有一些持否定結(jié)果那樣，由于原水水質(zhì)關(guān)系，幾乎不能過(guò)分期望著那種好的效果。
　　Beck等引用荷蘭Sjelse湖水，用臭氧處理，TOC中只有低分子部分發(fā)生效力，用生物活性炭高、低兩部分都容易去除。在全工程中TOC能去除25%，其中60%的分了量為700～1，000，20%的分了量為1000～5000，整個(gè)過(guò)程和前后THMFP TOC與這比不變。海賀等人的報(bào)告表明：以臭氧處理對(duì)于生物活性炭中的TOC除去有效的方面上，生物活性炭較易于除去低分子的TOC。關(guān)于臭氧處理的效果，土井等人總結(jié)了在大阪府庭洼凈水廠的模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，，在臭氧處理過(guò)程中，螢光強(qiáng)度，UV吸收率都明顯的減少，海賀等人取印幡沼的水作為原水進(jìn)行水廠實(shí)驗(yàn)，得出臭氧處理對(duì)E260的吸收及對(duì)異臭味物質(zhì)有效，將E260吸收物質(zhì)變成了生物分解能力強(qiáng)的物質(zhì)的報(bào)告。
　　象這樣與臭氧處理組合使用提高效果的例子很多，可以認(rèn)為其并沒(méi)有使生物活性炭上的生物相變化，只是使其改變生物分解能力而產(chǎn)生效果。
　　對(duì)于變異原性物質(zhì)，Kool等人在萊茵河與繆期水河為水源的凈水廠內(nèi)，對(duì)每一凈水工程變異原性物質(zhì)的變化，以Ames實(shí)驗(yàn)判斷，顯示出臭氧處理即可降低變異功能，又可能起到相反的作用。究其原因，是因?yàn)樯锘钚蕴績(jī)?nèi)有機(jī)物的去除率有差異。

　　4、引入生物活性炭，改善凈水處理設(shè)施
　　在引入生物活性炭處理，對(duì)付污染日趨嚴(yán)重的原水水質(zhì)的對(duì)策上，原水污染到何種程度引入生物活性炭處理，以及在某個(gè)系統(tǒng)的哪個(gè)環(huán)節(jié)上引入這種處理都是問(wèn)題。根據(jù)1988年出版的《高度凈水設(shè)施引入準(zhǔn)則》，引入現(xiàn)在高度凈水處理或是或要引入凈水廠原水的水質(zhì)的95%值如表-1所示，以及銹臭氣味和色度及氨氮的濃度已達(dá)到藥品處理的限度都是生物活性炭處理的對(duì)象。

表一　　　高度凈水設(shè)施引入凈水廠的原水95%值的最低值 水質(zhì)項(xiàng)目 處理方法 粉末活性炭 顆泣活性炭 臭味氧 組合處理 色度（度） 5 10 25 40 具味強(qiáng)度 3 25 25 25 過(guò)錳酸鉀消耗量（mg/l） 3 7.5 7.5 7.5

　　

　　根據(jù)《高度凈水設(shè)施技術(shù)資料（活性炭處理設(shè)施）》，在引入整個(gè)系統(tǒng)中，工序的位置應(yīng)安在圖－1所示的凝聚過(guò)濾以后或者凝聚過(guò)濾之間。
　　　但是，在最早引入活性炭技術(shù)的歐洲，有在活性炭處理的后面進(jìn)一步安置慢速過(guò)濾的例子。如圖－2所示，以慕尼黑制的露露河水為原水，在凝聚池沉淀水中投加臭氧，雙層過(guò)濾生物活性炭后進(jìn)行慢速過(guò)濾，地下不水一旦注入后再提升，加氯劑后配水。瑞士以蘇黎世湖為湖水源的凈水廠，進(jìn)行凝聚、直接過(guò)濾，加入臭氧，活性炭過(guò)濾后進(jìn)行慢速過(guò)濾，二氧化氯消毒，將水送出。

　　引入生物活性炭多以水中含THM情況如何為對(duì)策，原水中存在的有機(jī)物在氯劑處理過(guò)濾中與氯劑反應(yīng)，形成THM或全有機(jī)鹵化合物（TOX）。因此，如果在前氯劑處理或處理設(shè)施中向加氯劑處理的后面設(shè)置活性炭設(shè)備，生成的THM或TOX，說(shuō)就由于被吸咐而除去。考慮THM的吸咐容量比較小，或者一旦吸咐的TOX使THM變化，活性炭的效果不會(huì)象預(yù)想的那樣。但是，生物活性炭不經(jīng)過(guò)氯劑處理而只昌通過(guò)活性炭，為了去除THMFP或TOXFP等有機(jī)物，整體來(lái)講THM或TOX的降低效果都增加。同時(shí)氨的硝化也是其特點(diǎn)。
　　Meijers等以繆斯河水的水為原水，在鹿特丹市的凈水廠內(nèi)做的實(shí)驗(yàn)，在夏季原水中含THMFP為160，經(jīng)過(guò)生物活性炭處理降低到84，比之沒(méi)有場(chǎng)合降低到102來(lái)講是相當(dāng)有效果的。生物活性炭可降低氯醛的濃度10～15。大住等人以川水作為原水，在大阪府的庭洼凈水廠做小型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為：TOC與THMFP可去除12%，鐵、錳去除80%，MIB可去除100%，海賀等人以印幡沼為原水做小型實(shí)驗(yàn)，生物活性炭將TH-MFP60%，TOXFP85%。但是，McGuire等提出，生物活性炭將THMFP和TOXFP全部去除是困難的，所以當(dāng)引入時(shí)，做實(shí)驗(yàn)認(rèn)定其效果是必要的。
　　活性炭的接觸池有以活性炭作固定層接觸的下向流式和流動(dòng)狀態(tài)接觸的向上流式兩種。通水速度以活性炭每單位體積的通水量而定的空間速度(Space Celocity略為SV)表示：固定層是5～10hr-1，為了能在流動(dòng)層式上使用小顆粒的活性炭，采用大一些的為10～15 hr-1。但是，從運(yùn)轉(zhuǎn)操作方面來(lái)看，固定層式容易操作，采用固定層的實(shí)際成績(jī)多。西德的活性炭設(shè)置基準(zhǔn)為：濾速（線速度linear velocity略為lv）　8～12m/hr，濾床厚度2～4米　空塔接觸時(shí)間為12～25min，到再生為止的通水量為每立方米活性面料100，000m3，結(jié)合臭氧處理到再生為止，時(shí)間可延長(zhǎng)到2～3倍。
　　固定層式濾床需要經(jīng)常清洗，通常采取反沖洗和空氣清洗合用方法，反沖洗的膨脹率以30～40%為好，根據(jù)顆粒大小不同，清洗速度為20～50m/hr。但是，由于水溫變化關(guān)系膨脹率有所不同，這一點(diǎn)必須注意。
　　雖然進(jìn)行清洗，但處理性能還不能完全還原的情況下，有必要使活性炭再生。由于再生量不同，在經(jīng)濟(jì)上處理也不同。根據(jù)情況或者委托專業(yè)廠家再生，或者自行增置再生設(shè)備再生。通常選用水蒸氣活化作用再生法。再生會(huì)有10%損耗，所以有必要補(bǔ)充新炭。再生時(shí)在排氣中有氯化二笨索代喹啉、氯化二苯氧芴檢出。再生程度以與氯劑處理并用場(chǎng)合的方式高，與臭氧處理并用時(shí)低。再生爐內(nèi)如果安裝補(bǔ)燃器會(huì)更有效果。其風(fēng)險(xiǎn)比城市內(nèi)廢品焚燒小。四氯二苯-P-縈代喹啉、四氯二苯呋喃，2、3、7、8-TCDD都在檢出限界以下。

　　5、生物活性炭對(duì)處理費(fèi)用的影響
　　引入生物活性炭處理當(dāng)然會(huì)使處理費(fèi)用提高。根據(jù)美國(guó)環(huán)保局的大型模型基地所進(jìn)行實(shí)驗(yàn)情況試算，顆粒狀活性炭的處理費(fèi)用在51日元/米a的情況下，自來(lái)水費(fèi)提高20%。另一方面，根據(jù)高度凈水設(shè)施引入準(zhǔn)則規(guī)定，設(shè)置處理能力100，000米a/日的活性炭濾池，假定SV為10hr-1，活性炭壽命為300日的時(shí)候，試算建設(shè)費(fèi)用約為16億日元，成本提高為65日元/米a。但是,Con-stantine將高色度、高THMFP的原水用臭氧處理，投入蘇打灰或石灰，以生物活性炭過(guò)濾系統(tǒng)處理的場(chǎng)合探討，沒(méi)有前氯劑處理，臭氧投入率為10～20mg/l，建設(shè)費(fèi)比用舊方法節(jié)約10%，運(yùn)輸費(fèi)便宜，投藥量減少，并且也減輕了排水處理的負(fù)擔(dān)。
　　引入生物活性炭處理，比起新建水廠來(lái)，改造已有設(shè)備的水廠的更多一些。水廠多數(shù)需要改善水泵，新設(shè)的和即有的其他部分，由于種種條件不同，比例或有差別，但一般來(lái)講會(huì)增加成本。因此，將設(shè)施的各個(gè)單元構(gòu)筑物運(yùn)轉(zhuǎn)方面，經(jīng)濟(jì)方面等實(shí)踐的知識(shí)充分運(yùn)用，使用實(shí)際原水進(jìn)行相當(dāng)規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行詳細(xì)的探討是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

　　6、結(jié)語(yǔ)
　　生物活性炭是以高度凈水處理為中心的過(guò)程中所期望的一種處理方式。在水源污染更嚴(yán)重的城市，正以引進(jìn)這種方式為中心。特別是由于生物活性炭的引入，有望于解決異臭味問(wèn)題，有效降低THM，今后可以考慮進(jìn)而引入與臭氧處理并用的方法。
　　自來(lái)水的安全性是問(wèn)題。進(jìn)而還有異臭味問(wèn)題，人們對(duì)“美味水”的要求越來(lái)越高，現(xiàn)在的情況是仍有舊觀念。供給用戶安全、可信賴的水是自來(lái)水事業(yè)的使命，早日使用戶對(duì)自來(lái)水事業(yè)恢復(fù)信心十分重要。
　　隨著成本的增加，水費(fèi)要改變，具體的講有相當(dāng)多的障礙，在視線指向引入高度處理的目標(biāo)下，要越過(guò)這些困難。
　　裝置設(shè)施的時(shí)間還淺，參考資料少，不過(guò)仍有東京都和大阪市運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際例子，即將已得出的結(jié)論作為介紹。

摘譯